吳彩 湖北省武漢市洪山區(qū)第二小學(xué)

●創(chuàng)新整合點(diǎn)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是以項(xiàng)目為中心，以學(xué)習(xí)者為主體，以一定時(shí)長的小組合作為基本組織形式，按照“提出問題與假設(shè)—驗(yàn)證假設(shè)—解決問題—展示與分享項(xiàng)目成果”這一流程進(jìn)行的，使學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)、探究實(shí)踐等綜合素質(zhì)與能力得到提升的一種學(xué)習(xí)模式，本教學(xué)設(shè)計(jì)以PBL項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式展開，其創(chuàng)新整合點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

①關(guān)注深度學(xué)習(xí)，讓學(xué)生親歷收集數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型的過程，展現(xiàn)了人工智能帶來的便利，作品采用了開源軟硬件，實(shí)施門檻低，具備很好的可復(fù)制性。

②突出以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主線，以學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)為中心，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

③教案設(shè)計(jì)合理，教學(xué)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，教學(xué)過程與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的流程相對應(yīng)，師生共同完成了“智能垃圾分類桶設(shè)計(jì)”的項(xiàng)目。

④回應(yīng)了信息科技課程提出的培養(yǎng)學(xué)生的四個(gè)核心素養(yǎng)：信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。

⑤學(xué)生勤于動(dòng)手、敢于創(chuàng)新，小組合作氛圍濃厚，課堂氣氛活躍，從完成任務(wù)情況看，四個(gè)核心素養(yǎng)目標(biāo)均達(dá)到，教學(xué)重難點(diǎn)也得到了很好的突破。

●教材分析

隨著城市化進(jìn)程的加快和人們生活水平的不斷提高，多元化的商品及生活用品蜂擁而至，生活垃圾日益增多，從而導(dǎo)致環(huán)境的污染問題日益嚴(yán)重。研究表明，城市居民的垃圾分類意愿和行為存在較大的差異，愿意參與垃圾分類的比例明顯高于實(shí)際參與垃圾分類行為的比例，如何實(shí)現(xiàn)垃圾的自動(dòng)分類成為目前急需解決的問題?；谝陨险鎸?shí)問題情境和人工智能技術(shù)支持，確定了本節(jié)課的項(xiàng)目為智能垃圾分類。

《設(shè)計(jì)智能垃圾分類桶》是智能垃圾分類創(chuàng)客教材中的內(nèi)容，旨在通過智能垃圾分類項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生進(jìn)行垃圾分類的模型訓(xùn)練和編程學(xué)習(xí)，并能根據(jù)所學(xué)，創(chuàng)新制作出模擬的“智能垃圾分類桶”作品。

本課內(nèi)容結(jié)合前期系列教學(xué)中講過的模型訓(xùn)練、垃圾的識(shí)別與判斷相關(guān)知識(shí)，通過“確定項(xiàng)目—項(xiàng)目的組織與實(shí)施—項(xiàng)目的檢測調(diào)試—項(xiàng)目的改進(jìn)驗(yàn)收—項(xiàng)目的延展提升”五個(gè)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的流程，在教師步步提問、情境引導(dǎo)、創(chuàng)設(shè)探究的任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，引出舵機(jī)控制垃圾桶的開合，讓學(xué)生在程序編寫中理解智能垃圾桶是如何一步步設(shè)計(jì)的，最后讓學(xué)生通過連接micro：bit板燒入程序，完成垃圾卡片的識(shí)別、分類和投放。

本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)為編寫舵機(jī)控制垃圾桶開合的代碼，本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)為通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)讓學(xué)生理解設(shè)計(jì)智能垃圾分類桶的過程。

●學(xué)情分析

五年級(jí)下學(xué)期的學(xué)生對代碼編寫、人工智能已經(jīng)有了一定的了解，通過前幾節(jié)課的鋪墊，大部分學(xué)生能基本掌握Kittenblock模塊化代碼的編寫，了解每個(gè)模塊的功能和用途，能用代碼對垃圾卡片進(jìn)行模型訓(xùn)練，完成對垃圾卡片的識(shí)別與判斷。

在綜合考慮小學(xué)高段學(xué)生上課特點(diǎn)與動(dòng)手能力的基礎(chǔ)上，本課將繼續(xù)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)智能垃圾分類桶的興趣，重心會(huì)放在小組合作與自主探究上，通過創(chuàng)設(shè)師生互動(dòng)研究氛圍，運(yùn)用即時(shí)評價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)方法，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)，從而創(chuàng)新制作出模擬的“智能垃圾分類桶”作品。

本課教法：以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主，結(jié)合任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，按照“感知—模仿—遷移—運(yùn)用”的原則，引導(dǎo)學(xué)生理解設(shè)計(jì)智能分類桶的步驟，并能在環(huán)環(huán)相扣的教學(xué)環(huán)節(jié)中進(jìn)行探索和實(shí)踐。

本課學(xué)法：學(xué)生通過實(shí)踐探究和討論，利用已學(xué)知識(shí)，在教師設(shè)置的情境和講解下解決和探究新的問題，從而培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)的能力。

●教學(xué)目標(biāo)

信息意識(shí)：根據(jù)智能垃圾分類這一真實(shí)問題情境，能較快地分析出小智能實(shí)現(xiàn)的功能。

計(jì)算思維：掌握模型訓(xùn)練和編程學(xué)習(xí)的代碼。

數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：能在師生共同創(chuàng)設(shè)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)環(huán)境中，利用小組討論和協(xié)作學(xué)習(xí)的方式，共同設(shè)計(jì)一款智能垃圾分類桶。

信息社會(huì)責(zé)任：感受人工智能在生活中的應(yīng)用，從而增強(qiáng)自身的環(huán)保意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。

●教學(xué)環(huán)境與準(zhǔn)備

教學(xué)環(huán)境：多媒體教室、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、希沃觸控一體機(jī)（安裝Kittenblock、希沃授課助手、班級(jí)優(yōu)化大師軟件）。

教學(xué)準(zhǔn)備：9臺(tái)筆記本電腦、9個(gè)外置攝像頭、9個(gè)USB擴(kuò)展器、9套智能垃圾分類桶套裝、9套垃圾卡片、1個(gè)外接小音箱。

●教學(xué)過程

1.導(dǎo)入生趣，進(jìn)入課題

教師出示課件并引入：“在前面的學(xué)習(xí)中，我們已經(jīng)了解了垃圾分類的相關(guān)知識(shí)，同學(xué)們還記得生活垃圾分為哪四類嗎？”

生：可回收垃圾、廚余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。

教師接著利用情境引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考。

情境：有個(gè)五年級(jí)的同學(xué)叫洪洪，放學(xué)回家后他想做點(diǎn)力所能及的家務(wù)事，于是他雙手拎著家里需要投放的垃圾來到小區(qū)的垃圾桶面前，可到了之后他卻犯難了，由于正值下雨，垃圾桶蓋閉合著，且上面有些臟亂的垃圾，自己雙手又沒有空閑，這可怎么辦呢？如果你是洪洪，這時(shí)你會(huì)想些什么？

學(xué)生可能回答：如果垃圾桶可以自動(dòng)打開該多好；如果垃圾桶可以自動(dòng)識(shí)別垃圾袋里面的垃圾對應(yīng)屬于哪個(gè)垃圾桶，可以直接投放該多好……

教師評價(jià)：同學(xué)們的想法和創(chuàng)意真好，要是有一款智能垃圾分類桶，洪洪遇到的問題就不是什么難事了。

教師讓學(xué)生體驗(yàn)智能垃圾分類桶并引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，頭腦風(fēng)暴它能實(shí)現(xiàn)的功能。

教師出示小智，請學(xué)生上臺(tái)體驗(yàn)，并引導(dǎo)學(xué)生思考：“這款智能垃圾分類桶完成了哪些任務(wù)？”

學(xué)生代表上臺(tái)體驗(yàn)，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行回答：識(shí)別垃圾卡片、判斷垃圾的類別、自動(dòng)打開垃圾桶完成卡片的投放。

教師評價(jià)并揭示課題：同學(xué)們以小組為單位進(jìn)行了充分的探討，將小智的功能歸納總結(jié)得非常完整，為同學(xué)們的大膽挑戰(zhàn)、激烈探討、熱情回答點(diǎn)贊。今天，就讓我們帶著這些問題，一起來學(xué)習(xí)《設(shè)計(jì)智能垃圾分類桶》一課（板貼：設(shè)計(jì)智能垃圾分類桶）。

教師在本節(jié)課引入班級(jí)優(yōu)化大師對各小組進(jìn)行評價(jià)，全班分為8小組，每組3人。每組成員任務(wù)分工為：組長（組織組員進(jìn)行討論和交流，形成共識(shí)）、記錄員（記錄小組的討論并形成文字資料）、編程員（主導(dǎo)小組的編程并能檢測調(diào)試和修改代碼）。課后通過小組的累計(jì)積分，確定積分最高的小組為本節(jié)課的設(shè)計(jì)智能垃圾分類桶小衛(wèi)士組。

設(shè)計(jì)意圖：通過回顧以前的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生的思維進(jìn)行正向遷移。教師利用情境教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)意，并讓學(xué)生通過實(shí)物模擬操作加深對智能垃圾分類桶的理解，從而明確本節(jié)課的任務(wù)和主題。

2.知識(shí)點(diǎn)鞏固：鞏固圖片錄入

教師出示圖片錄入的微課，讓學(xué)生自主探究、小組合作，完成兩張垃圾卡片的模型訓(xùn)練。（板貼：模型訓(xùn)練）

學(xué)生活動(dòng)：觀看微課，參考學(xué)習(xí)任務(wù)單（如圖1、圖2），完成兩張垃圾卡片的模型訓(xùn)練。

圖1

圖2

設(shè)計(jì)意圖：微課教學(xué)，對以前的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行鞏固練習(xí)。

3.知識(shí)點(diǎn)回顧：回顧分類判斷

教師提問：在之前的課程教學(xué)中，同學(xué)們已經(jīng)對所有的垃圾卡片進(jìn)行了模型訓(xùn)練，學(xué)習(xí)并調(diào)用Excel函數(shù)將垃圾卡片放到了可回收垃圾和有害垃圾兩個(gè)庫中，也學(xué)習(xí)了這段代碼的編寫，同學(xué)們還記得這段代碼的含義嗎？

學(xué)生活動(dòng)：分析代碼的含義（如圖3、圖4）。（板貼：分類判斷）

圖3

圖4

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生通過分析代碼的含義，進(jìn)一步了解可回收垃圾和有害垃圾程序的邏輯。

4.新課教學(xué)：自動(dòng)開合我來控

教師引入并提問：通過前面兩個(gè)關(guān)卡的回顧，請同學(xué)們思考—要想讓垃圾桶自動(dòng)開合，我們需要怎么做？

學(xué)生可能回答：通過外界裝置給它動(dòng)力。

教師引入舵機(jī)的概念，并進(jìn)一步提問：通過舵機(jī)需要完成哪幾個(gè)操作？

學(xué)生活動(dòng)：小組合作進(jìn)行探討，小組代表回答（開可回收垃圾桶，開有害垃圾桶，關(guān)閉垃圾桶）。

教師講解代碼，并提出探究點(diǎn)：關(guān)閉垃圾桶代碼中的舵機(jī)角度應(yīng)該是多少（如下頁圖5）？

圖5

設(shè)計(jì)意圖：通過引導(dǎo)學(xué)生分析引出舵機(jī)，在層層遞進(jìn)的提問中激發(fā)學(xué)生的思維，讓學(xué)生依靠自主探究、小組合作思考舵機(jī)的操作。根據(jù)以前學(xué)過的積木板塊，學(xué)生能最終在教師的講解下搭建舵機(jī)開合的模塊代碼。

5.新課教學(xué)：燒入程序

教師引入并提問：在前面的教學(xué)環(huán)節(jié)中，我們已經(jīng)掌握了代碼的編寫，那這款智能垃圾分類桶是不是就可以完成垃圾卡片的識(shí)別、判斷和自動(dòng)開合了呢？

學(xué)生活動(dòng)：實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)不能。

教師揭示課題：我們還得通過這個(gè)micro：bit板將編寫好的程序燒入進(jìn)來，通過micro：bit板控制垃圾桶套裝，完成垃圾卡片的識(shí)別、判斷和垃圾桶的自動(dòng)開合。接下來，請同學(xué)們觀看燒入程序的微課。（板貼：連接micro：bit板）

學(xué)生活動(dòng)：觀看微課，并實(shí)踐操作。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生理解燒入程序的重要性，并通過微課，培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和利用信息進(jìn)行數(shù)字化學(xué)習(xí)與加工的能力。

6.學(xué)生成品展示

教師利用希沃授課助手中的攝影功能，捕捉并投屏各小組內(nèi)學(xué)生的探究與操作實(shí)踐剪影，并對有疑問的小組進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)。

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)燒入程序后智能垃圾桶的反應(yīng)，調(diào)整關(guān)閉垃圾桶代碼中的舵機(jī)角度，回應(yīng)前面老師提出的探究點(diǎn)。在成功完成垃圾卡片識(shí)別、判斷和投放后，舉手示意老師進(jìn)行成果展示。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生的自主探究和小組合作能力，學(xué)生能在不斷的試錯(cuò)中對編寫的代碼進(jìn)行調(diào)整，從而完成垃圾卡片識(shí)別、判斷和投放。

7.思維拓展：對智能垃圾分類桶未來的展望

教師引入并提問：智能垃圾分類桶還有哪些可以改進(jìn)的地方？

學(xué)生可能回答：增加廚余垃圾和其他垃圾兩個(gè)垃圾桶、加入語音識(shí)別、加入稱重傳感器……

設(shè)計(jì)意圖：激發(fā)學(xué)生的構(gòu)思和創(chuàng)意。

8.視頻拓展

教師出示國內(nèi)外智能垃圾分類桶的應(yīng)用視頻。

學(xué)生觀看視頻。

設(shè)計(jì)意圖：多媒體感官刺激，讓學(xué)生通過視頻引起觸動(dòng)。

9.學(xué)生反思

教師引入并提問：智能垃圾分類桶可以很好地進(jìn)行垃圾分類，通過垃圾回收利用讓天更藍(lán)了，草更綠了，但垃圾源頭治理也非常重要，你認(rèn)為有哪些減少生活垃圾的好辦法？

學(xué)生可能回答：物品多次利用、盡量不使用一次性物品……

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生對生活中的垃圾污染進(jìn)行反思。

10.教師評價(jià)和總結(jié)

教師評價(jià)：請同學(xué)們看向大屏幕中的班級(jí)優(yōu)化大師，我們來看看哪個(gè)小組在本節(jié)課獲得的積分最高，讓我們一起恭喜第四小組成為智能垃圾分類桶設(shè)計(jì)小衛(wèi)士組。

教師總結(jié)：通過今天的學(xué)習(xí)，老師希望同學(xué)們能通過人工智能增強(qiáng)自己的環(huán)保意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感，從小事做起，從自己做起，共同打造綠色、和諧家園。

設(shè)計(jì)意圖：肯定學(xué)生的付出，對優(yōu)勝小組給予表揚(yáng)，并讓學(xué)生在情感態(tài)度和價(jià)值觀上引起共鳴。

●教學(xué)反思

①注重評價(jià)方式的多維化。評價(jià)的出發(fā)點(diǎn)應(yīng)體現(xiàn)學(xué)生的素養(yǎng)表現(xiàn)，就是學(xué)生通過學(xué)習(xí)有沒有在信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任這四個(gè)維度上達(dá)到學(xué)段目標(biāo)。要將“為學(xué)生發(fā)展而進(jìn)行評價(jià)”的理念貫穿課堂的始終，注重學(xué)生的生成性學(xué)習(xí)，在以后的教學(xué)實(shí)踐中要盡可能采集學(xué)生的現(xiàn)場教學(xué)數(shù)據(jù)來進(jìn)行實(shí)時(shí)評價(jià)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。同時(shí)，要特別關(guān)注過程性評價(jià)，把握好評價(jià)的真實(shí)性和全面性。

②注重將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式進(jìn)行有效的整合。在以后的人工智能教學(xué)實(shí)踐中要進(jìn)一步挖掘項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)，并注意將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，讓二者相互補(bǔ)充，使教學(xué)成效達(dá)到最大值和最優(yōu)化。

③對項(xiàng)目式教學(xué)模式進(jìn)行深度思考。應(yīng)對本節(jié)課所采用的項(xiàng)目式教學(xué)模式進(jìn)行深度思考，力求在教法和學(xué)法上更關(guān)注學(xué)生，為以后的PBL項(xiàng)目式學(xué)習(xí)積累經(jīng)驗(yàn)。